Из чего состоит коленчатый вал
Конструкция коленчатого вала: 1. Носок коленчатого вала; 2. Посадочное место звездочки (шестерни) привода распределительного вала; 3. Отверстие подвода масла к коренной шейке; 4. Противовес; 5. Щека; 6. Шатунные шейки; 7. Фланец маховика; 8. Отверстие подвода масла к шатунной шейке; 9. Противовесы; 10. Коренные шейки; 11. Коренная шейка упорного подшипника.
Рабочие компоненты коленвала:
- Коренная шейка – валовая опора, которая служит осью вращения самого вала. Она лежит в подшипнике, который встроен в картер.
- Шатунные шейки – опоры, связанные с поршневыми шатунами. Во время работы они смещаются относительно оси вала по круговой траектории.
- Щёки – вспомогательные детали, связывающие шатунные и коренные шейки. Они также предотвращают разрушение вала из-за резонансной нагрузки.
- Хвостовик – задняя часть, соединённая с шестерной отбора или маховиком для передачи мощности на движение.
- Носок – передняя часть вала, которая посредством шкива или зубчатого колеса передаёт мощность приводу газораспределительного блока и других вспомогательных механизмов.
- Противовесы – детали, необходимые для распределения нагрузки и уравновешивания массы шатунов и поршней.
Для уплотнения носка и хвостовика используются защитные сальники. Это предотвращает просачивание масла в местах выхода частей маховика за границы блока цилиндров. Вращательное движение обеспечивается тонкими стальными подшипниками скольжения. Чтобы ось вращения вала не смещалась, на одну из коренных шеек ставится упорный подшипник.
Во время работы самые большие напряжения концентрируются в месте соединения шеек и щёк. Для разгрузки его делают с галтелью – полукруглым переходом с промежуточным технологическим поясом. По причине экстремальных нагрузок в месте перехода щёк в шейки в своё время производители отказались от составных коленвалов, детали которых соединялись крепежом.
Как выглядит
Как видно на фото, этот элемент имеет довольно сложную форму. Его основными составными частями являются:
- коренные шейки;
- шатунные шейки;
- щеки;
- противовесы.
Коренные (опорные) шейки служат для опоры коленвала в так называемых «постелях». В них крепятся не смещающиеся в процессе работы подшипники, обеспечивающие вращение. Поскольку на коренные шейки приходятся более значительные нагрузки, их диаметр больше, чем у шатунных.
Шатунные шейки (колена) – это опорные поверхности шатунов. С учетом порядка работы цилиндров колена смещаются относительно оси вращения на определенные углы.
Если коленчатый вал сконструирован так, что по обе стороны от каждой шатунной шейки находятся опорные, то он называется полноопорным, в противном случае – неполноопорным. В современных автомобильных двигателях наибольшее распространение имеют именно полноопорные коленвалы.
Колена соединены между собой щеками. Противовесы, являющиеся продолжениями щек в сторону противоположную колену, уравновешивают центробежные силы, возникающие при вращении. Внутри коленвала имеется масляные каналы, при помощи которых происходит смазка шатунных шеек.
Из каких материалов и как изготавливается
Материал и технология производства зависят от класса и назначения автомобиля:
- Для стандартных серийных автомобилей коленчатый вал отливается из чугуна, этим достигается минимальная себестоимость производства.
- Коленвал более мощных и спортивных машин кованый и изготовлен из стали. По сравнению с чугунным он обладает улучшенными характеристиками по таким параметрам, как габариты, вес и прочность.
- Самый дорогостоящий вариант, использующийся в люксовых моделях, – коленчатый вал, выточенный из цельного куска стали.
Место перехода щек в шейки является самым нагруженным, так как здесь концентрируются максимальные напряжения. Для того чтобы разгрузить соединение, его выполняют с полукруглым переходом (галтелью). Как правило, галтели делают двойными с промежуточным технологическим пояском. Такое конструктивное решение позволяет сохранить максимальное значение активной площади шеек – поверхности, находящей под вкладышами.
Как раз по причине возникновения высоких нагрузок в соединениях, не нашел широкого применения коленчатый вал составной конструкции, в котором отдельные части соединены между собой крепежом.
https://youtube.com/watch?v=bDmXZ_xZLUw
Устройство коленчатого вала
Что такое коленчатый вал и из чего он состоит?
Коленчатый вал – это важная часть двигателя внутреннего сгорания, потому как он преобразует возвратно-поступательные движения поршней в крутящий момент. Устройство коленчатого вала следующее: щёки, шатунные и коренные шейки, противовесы, хвостовик, фланец.
Опора коленчатого вала – коренные шейки. В классических четырехцилиндровых двигателях коленвалы с пятью опорами. Конструкция из трех опор применяется редко, потому как не такая прочная. Семиопорные валы имеют шестицилиндровые двигатели. Обычно в блоках цилиндров с небольшим диаметром цилиндра применяют коленвалы с одинарным противовесом. Во время изготовления и ремонта поверхность коренных и шатунных шеек тщательно полируется.
Виды коленвалов
Различают коленвалы с двойными противовесами и без них. Коленвал должен быть износостойким, иметь низкую массу, уравновешен, иметь точную обработку. Изготавливаются коленчатые валы из высокопрочной легированной стали. Также бывают литые коленвалы из высокопрочного чугуна, которые закаляются токами высокой частоты. Также бывают полые коленвалы.
Как работает коленчатый вал?
На коленвал воздействуют изгибающие и скручивающие силы в процессе работы. Чтобы не было преждевременного разрушения сопряжение между шатунными шейками и щеками делают слегка закругленным. Если двигатель работает нормально, то коренные и шатунные шейки коленчатого вала постепенно изнашиваются, как и при скольжении подшипников.
Создается тонкая масляная пленка, благодаря подачи масла под давлением. Через некоторое время зазор между вкладышем и шейкой станет больше, уменьшится давление и снизится качество масляной пленки. Износ увеличивается, шейка с большим усилием задевает вкладыш, давление уменьшается снова и теперь работа невозможна, потому что из-за излишнего трения повышается температура, шейка сцепляется с вкладышем и он проворачивается.
Проверить, износились ли шейки коленчатого вала можно благодаря давлению масла в масляной магистрали на максимальных и минимальных оборотах прогретого двигателя. Между шейками и вкладышами на разобранном двигателе с помощью пластмассовой проволоки можно измерить зазор. Чем меньше зазор, тем деформация больше. В зависимости от конструкции двигателя на хвостовик коленвала устанавливается шкив, демпфер крутильных колебаний, звёздочка привода распредвала, вспомогательных и балансирных валов.
Распределительный вал
Назначение распределительного вала
Распределительный вал, или как его обычно называют – распредвал, является основной деталью ГРМ и служит для управления клапанами механизма газораспределения. В бензиновых двигателях он также может использоваться для привода механизмов и устройств различных систем – зажигания, смазки, питания. Основная функция распределительного вала — своевременное и точное открытие и закрывание клапанов двигателя с учетом фаз газораспределения. Это обеспечивается подбором формы профиля кулачков, которые надавливая на толкатели, заставляют клапана перемещаться по требуемой кинематической схеме.
Привод распределительного вала осуществляется, как правило, от коленчатого вала посредством зубчатой, ременной, цепной или вальной передачи. Поскольку газораспределение напрямую связано с тактами, происходящими в цилиндрах, а те, в свою очередь, определяются положением коленчатого вала, то вращение распределительного вала должно быть строго согласовано с вращением коленчатого вала. По этой причине распредвал конструктивно связан с коленчатым валом двигателя и вращается синхронно с ним, но, не обязательно с одинаковой частотой. Частота вращения распределительного вала четырехтактного двигателя, обычно, в два раза ниже частоты вращения коленчатого вала.
Как отмечалось в предыдущей статье, ГРМ современных двигателей может содержать один или два распределительных вала. Количество распредвалов обычно соответствует типу двигателя.
Рядные двигатели с одной парой клапанов на каждый цилиндр (по одному клапану впуска и выпуска) оснащаются одним распределительным валом. В рядных двигателях с двумя парами клапанов (по два клапана впуска и выпуска) устанавливают два распределительных вала.
В оппозитных и V-образных двигателях может быть установлен один вал (в развале), либо два в каждой головке блока цилиндров.
Устройство распределительного вала
Распределительный вал состоит из опорных шеек и кулачков одинакового профиля, а также может содержать элементы конструкции приводов других систем двигателя.
В процессе работы распределительный вал испытывает скручивающие и изгибающие нагрузки. На кулачках возникают значительные контактные напряжения, вызывающие их интенсивный износ. В опорных шейках присутствуют силы трения, которые тоже способствуют износу сопрягаемых поверхностей шейки и подшипника.
Для противодействия изгибающим моментам и обеспечения необходимой жесткости распределительного вала число опорных шеек должно быть равно числу коренных шеек коленчатого вала.
Распределительные валы изготавливают штамповкой или ковкой из малоуглеродистых или среднеуглеродистых сталей. Рабочие элементы валов (кулачки, эксцентрики, опорные шейки, зубчатые колеса) из малоуглеродистых сталей цементируются и закаливаются, а при изготовлении валов из среднеуглеродистой стали закаливаются токами высокой частоты на глубину 2…3 мм, после чего опорные шейки и кулачки шлифуют и полируют.
Подшипниками распределительных валов при нижнем расположении обычно служат стальные втулки, внутренняя поверхность которых заливается тем же антифрикционным сплавом, который используется для коренных и шатунных шеек коленчатого вала. Для облегчения установки вала в блок-картере диаметр опорных шеек, начиная с первой, уменьшают.
Для верхних распределительных валов в качестве подшипников часто используют разъемные втулки, которые обычно выполняются в опорных стойках, если они отлиты из алюминиевого сплава. Если стойки чугунные, то в них устанавливают антифрикционные вкладыши.
Распредвалы карбюраторных двигателей, как правило, имеют эксцентрики для привода бензиновых насосов.
На носках распределительного валов выполняются посадочные поверхности и каналы под сегментные шпонки для установки зубчатых колес или звездочек привода, которые крепятся гайками или болтами, вворачиваемыми в торец вала.
В распределительных валах могут возникать значительные осевые усилия, поскольку для их привода и привода механизмов и устройств различных систем двигателя чаще всего применяются косозубые зубчатые колеса. Для предотвращения осевого перемещения нижние распределительные валы фиксируются упорным фланцем (рис. 1, а), при этом зазор ∆ обеспечивается дистанционной шайбой 2 или с одной стороны буртиком подшипника, а с другой – регулировочным болтом 3 (рис. 1, б) или пружинным упором.
Почему мы хотим избавиться от коленчатого вала
Отчего же таким ненавистным устройством является коленчатый вал, который ещё называется кривошипно-шатунным механизмом? Почему все так упорно желают избавиться от него? Главная причина скрывается в присутствии чрезмерного бокового усилия, которое приходится на стенки цилиндра. Эта особенность обуславливает наличие ряда негативных факторов:
- сокращение долговечности поршневой системы и её ускоренный износ;
- увеличение потерей, которые приходятся на трение;
- снижение КПД.
Чтобы убрать все эти отрицательные моменты, необходимо создать такой агрегат, конструкция которого будет предполагать возвратно-поступательные движения без углового качения.
Свободнопоршневой двигатель машины
Такие механизмы уже существуют в большом количестве. Далеко не все из них могут применяться на практике, лишь некоторые экземпляры достойны внимания. Мы выбрали две модели двигателей без коленвала, презентация которых всколыхнула общественность.
Бесшатунный двигатель Баландина
Первый достойный двигатель без коленвала, который сейчас ложится в основу многих разработок и изобретений, носит имя Баландина. Суть функционирования такого механизма заключается в преобразовании движений возвратно-поступательного типа. Это стало возможным за счёт наличия специального эксцентрического механизма. К этой детали предъявляются высокие требования, которые делают силовой агрегат дорогим и недоступным для широкого использования.
Конструкция является особенной, для неё характерны уникальные характеристики, о которых мы как раз сейчас будем говорить:
- шатуны заменены на поршневые штоки, они жёстко скрепляются с поршнями;
- поршневые штоки аналогично шатунам охватывают шейки с коленвала;
- по обе стороны от подшипника штока располагаются ползуны, которые за счёт направляющих свободно скользят;
- поршень является обоймой для уплотнительных колец, которые располагаются между цилиндром и поршнем.
В такой конструкции отсутствуют боковые усилия, за счёт чего допустимо сокращение размеров поршня. Сам мотор демонстрирует высокую производительность, является экономичным и характеризуется ёмким ресурсом. Также конструкция становится компактной и более лёгкой. О недостатке мы уже говорили, он заключается в высоких требованиях относительно точности эксцентрика.
Многие специалисты работают над усовершенствованием этого механизма, используя его в качестве основы для своих изобретений.
Двигатель Фролова — мотор без шатунов и коленвала
Этот гениальный человек считал коленвал совершенно неидеальной деталью, которая нуждается в серьёзной доработке или, вовсе, является лишней в ДВС. Инженер долго и тщательно изучал конструкцию механизма Баландина. Эти наблюдения натолкнули его на создание другого механизма.
Бесшатунный мотор Баландина
Фролов изначально модернизировал эксцентрик, чтобы в дальнейшем его требования к точности не стали проблемой. Полностью убрать недостатки, характерные для двигателя Баландина, является крайне сложной задачей, даже для Фролова. Украинский инженер продолжил свои разработки, в надежде полностью убрать из механизма коленвал
Его внимание привлёк механизм, который используется в ткацких станках
Результатом длительной и плодотворной работы стал сегментно-роторный механизм. В его структуре отсутствует коленвал, он заменён элементом, напоминающим шарнир с разными угловыми скоростями. Такой механизм известен, как шарнир Гука. Вращение деталей в двигателе внутреннего сгорания Фролова обеспечивается подшипниками качения.
Модель мотора без коленвала
Эра эволюции ДВС только начинается, и пока неизвестно, что нас ожидает в конце. Существующие наработки показывают хороший старт и дают повод надеяться на великие открытия. Возможно, уже не за горами момент, когда будет изобретён вечный двигатель.
Что такое коленвал? Признаки неисправности, способы ремонта
Коленчатый вал или коленвал – один из жизненно важных элементов двигателя, неотъемлемая часть КШМ (кривошипно-шатунного механизма). Он выполняет тяжелую работу, приводя в движение практически все движущиеся элементы двигателя. В дизельных моторах коленвал испытывает нагрузку порядка 10 тонн во время возврата поршня в НМТ.
Коленвал служит для преобразования кинетической энергии в поступательно-вращательное движение. На шейках коленвала крепятся шатуны поршней, после сгорания топлива поршень с большой силой возвращается вниз, приводя тем самым коленвал в движение.
Неисправности коленчатого вала и причины, по которым они происходят
Как я уже говорил, коленвал довольно редко выходит из строя, как правило, причины две: масляное голодание, а также критическая нагрузка. В современных авто чрезмерная нагрузка, как правило, исключена, так как «умная» электроника следит за всем. Как только датчики сообщат ЭБУ о недопустимых значениях, «мозг» тут же снимает все задачи, переводит двигатель в аварийный режим (проще говоря «давит» его обороты) и выдает кучу ошибок на панель задач.
Смерть коленвала обычно наступает из-за «масляного голодания», или по причине выхода из строя подшипников. Коленвалу не хватает смазки, в результате чего происходит разрушение подшипников шатунов, а дальше по цепочке. Хотя следует отметить тот факт, что серьезный урон при кратковременной нехватке масла вряд ли произойдет. Чтобы причинить большой вред потребуется время (
30-40 мин.), а также повышенная нагрузка. Кроме того, прежде чем от нехватки масла урон получит коленвал, из строя, скорее всего, выйдет турбина, которая более деликатная в данном вопросе.
Неисправность коленвала может проявиться по-разному, в основном это: вибрация, громкий стук, грохот и прочие посторонние шумы.
Ремонт коленвала: рентабельность, цена вопроса, основные моменты
Ремонт такой детали требует высокой точности, а также специального оборудования. Более того, специалистов способных выполнить такую работу очень мало. В большинстве случаев ремонт коленчатого вала предусматривает дефектовку, замер параметров и геометрии. Затем в случае деформации, дисбаланса или любого искривления, производится проточка, шлифовка, калибровка, а также полировка и балансировка.
На двигателях нового поколения наблюдается тенденция снижения веса деталей и двигателя в целом. Некогда чугунные детали (блоки и головки) делают алюминиевыми, ЦПГ стала легче и менее прочной. То же самое можно наблюдать и с коленвалами, которые от поколения к поколению становятся легче и менее прочными. Отчасти причина связана с глобальным уменьшением рабочих объемов двигателя и борьбой с расходом топлива. Также бытуют и другие мнения, так называемый всемирный заговор, главная задача которого заключается в том, чтобы автомобили не были вечными…
Виды
Что же касается разновидностей распределительных валов двигателя, то их классифицируют в зависимости от расположения и количества на двигателе внутреннего сгорания. Распредвал является ключевым компонентом газораспределительного механизма и всего двигателя. В зависимости от того, как располагается этот элемент, выделяют 2 варианта:
- с нижним расположением;
- с верхним размещением.
Отсюда и разделение моторов внутреннего сгорания с верхним и нижним распредвалов. Когда-то нижнее расположение считалось лучшим и самым оптимальным для автомобильных двигателей. Но они были актуальными до 50-х годов прошлого века. Именно тогда все моторы создавались нижнеклапанного типа. Потому и распределительный вал находился снизу силовой установки. Тарелки клапанов размещались так, что они смотрели вверх. Подобная схема изготовления моторов объяснялась тем, что это проще и дешевле в плане производства. При этом страдал фактор производительности, о чём инженеры догадались несколько позже, когда появился новый вариант размещения распределительного вала. Учитывая объективные недостатки, от старой схемы с нижним расположением постепенно начали отказываться. Ему на смену пришла уже классическая и привычная схема с головкой блока цилиндров и установленными в ней клапанами и распределительным валом. Теперь клапана начали открываться вниз, а схема получила верхнее расположение распредвала.
Хотя нельзя отрицать тот факт, что даже на некоторых современных двигателях продолжают использовать нижневальную систему, где клапана располагаются сверху. Только она значительно усовершенствовалась по сравнению с предшественниками, а потому имеет полное право на существование при грамотной реализации. Двигатели с нижним расположением распределительного вала отличаются тем, что здесь дополнительно предусматривается установка специальных штанг. Они применяются для компенсации расстояния, которое имеется между кулачками распредвала и толкателями клапанов, находящихся в головках цилиндров. Даже несмотря на наличие современных нижневальных двигателей внутреннего сгорания, они считаются устаревшей схемой, а потому большинство автопроизводителей уже давно не используют её в производстве своих силовых агрегатов. Такие методы размещения требуют дополнительных мер, они характеризуются внушительными технологическими ограничениями, не позволяют развивать высокие обороты.
Количество валов
Отдельно рассматриваются виды двигателей в зависимости от того, сколько распределительных валов предусмотрено в их конструкции. Если заглянуть в подкапотное пространство современного силового агрегата, можно встретить несколько вариантов:
- Газораспределительные механизмы (ГРМ), оснащённые только одним распредвалом;
- ГРМ, конструкция которых включает пару распределительных валов;
- Двигатели, где используется более 2 распредвалов.
Именно первые два типа двигателей внутреннего сгорания, где газораспределительный механизм включает 1 или 2 распредвала, являются наиболее популярными и распространёнными. Зачастую количество распредвалов зависит напрямую от количества клапанов на цилиндр. Если у двигателя конструкция предусматривает от 3 и более клапанов, которые приходятся на 1 цилиндр, то здесь скорее всего будет использовать двухраспредвальная схема. Несмотря на наличие таких правил и закономерностей, исключения встречаются всегда и везде. Компания Mitsubishi из Японии выпускает модель Lancer, под капотом которого может размещаться рядный четырёхцилиндровый двигатель, именуемый как 4G18. На каждом цилиндре здесь сразу 4 клапана, но распределительный вал используется всего один. А если взять в качестве примера модель гиперкара Veyron производства компании Bugatti, то есть конструкторы предусмотрели сразу 4 распределительных вала на двигателе.
Есть и другие примеры несколько иного подхода к использованию распредвала и его конструкции. Японские инженеры из компании Honda для своей системы под названием VTEC придумали оригинальный ход. Здесь сразу несколько кулачков отвечают за регулировку высоты поднятия только одного клапана. То есть на каждый из клапанов приходится по несколько рабочих кулачков. Инженеры постоянно работают над усовершенствованием систем газораспределения, повышают эффективность работы ГРМ, меняют фазы. Всё это позволяет повысить производительность двигателя, поднять его максимальную скорость, обеспечить лучшее ускорение. При этом не забывают о вопросах экономии топлива.
Коленчатый вал это конструкция, короче много раз изогнутая железяка
Коленвал представляет собой расположенные на одной оси коренные шейки, соединенные щеками и шатунные шейки, количество которых определяется числом цилиндров. При помощи шатунов шейки коленвала соединены с поршнями.
В зависимости от того как расположены коренные шейки, коленвал бывает:
- полноопорный – если коренные шейки располагаются по обе стороны от шатунной шейки;
- неполноопорный – если коренные шейки располагаются только с одной стороны от шатунной шейки.
Большинство современных автомобильных двигателей оснащены полноопорными коленчатыми валами.
Основные элементы КВ
К основным элементам относятся:
- Коренная шейка – это главная часть узла, которая находится на коренных подшипниках (вкладышах), расположенных в картере;
- Шатунная шейка – соединяет коленчатый вал с шатунами. Смазываются шатунные механизмы через специальные масляные каналы. Шатунные шейки смещены в стороны;
- Щеки коленвала – соединяют коренные и шатунные шейки;
- Противовесы – уравновешивают вес поршней и шатунов;
- Передняя, фронтальная часть или носок – элемент механизма, оснащенный зубчатым колесом (шкивом) и шестерней, а в отдельных случаях еще и гасителем колебаний. Он контролирует мощность привода газораспределительного механизма (ГРМ) и других устройств;
- Задняя часть (хвостовик) – элемент механизма, соединенный с маховиком с помощью маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, выполняет отбор мощности.
Тыльная и фронтальная стороны коленчатого вала уплотняются защитными сальниками. Они не допускают протекания масла в местах, где маховик выходит за пределы блока цилиндров.
Свободное вращение коленчатого вала гарантируют подшипники скольжения, которые представляют собой тончайшие стальные вкладыши, со специальным антифрикционным слоем.
Чтобы не допустить осевое смещение, существует упорный подшипник, устанавливаемый на коренную шейку (крайнюю или среднюю).
Материалы для изготовления
Коленчатый вал это трудяга, который подвергается действию сильных, быстроизменяющихся нагрузок. Показатели его надёжности определяются конструктивными особенностями и материалами, из которого он сделан.
У этого элемента двигателя, обычно, цельная структура. Так что материалы для его изготовления должны использоваться максимально прочные, потому что от этого зависит стабильная работа системы. Лучшие материалы ‒ углеродистая и легированная сталь и высокопрочный чугун.
Коленчатые валы изготавливают методом литья, ковки из стали, а затем их вытачивают. Заготовки производят горячей штамповкой или литьем.
Материал и технология производства зависит от класса и типа автомобиля.
- Для серийных моделей коленвалы производятся методом литья из чугуна. Это уменьшает себестоимость.
- Для дорогих спортивных моделей берут кованные стальные коленвалы. Такой вариант обладает рядом преимуществ по размерам, весу и показателям прочности, и все чаще используются в автомобилестроении.
- Для супер дорогих двигателей изделие вытачивается из цельных стальных болванок. При этом приличная часть материала остается в отходах.
Конструктивные особенности
Теперь вы знаете, что кроме серийных, есть и спортивные коленвалы.
Они дают возможность ускорить ход поршня в крайней точке сжатия, благодаря специальной форме шатунных шеек. У стандартного вала они круглые, а у спортивного ‒ немного вытянутые, за счет этого характеристики двигателя изменяются.
Поздравляю вас, господа. Теперь вы в курсе, что коленчатый вал это не только тяжелая железяка, но и незаменимая деталь, от которой зависит комфортная езда, ресурс двигателя и его узлов.
А ещё она обеспечивает многие устройств автомобиля крутящим моментом: трансмиссию, генератор, карданы, и так далее до колес.
Конечно рассказывать об этом своей любимой девушке не обязательно, а вот друзьям автомобилистам через социальные сети сообщите. Пусть тоже читают наш блог – будет много интересного.
И до скорой встречи.
Даже непрофессиональный механик в двух словах знает назначение и устройство коленчатого вала, так как он является очень важным конструктивным элементом двигателя внутреннего сгорания. Именно в его функции входит воспринимать возвратно-поступательные движения поршней и передавать их в виде крутящего момента вспомогательным агрегатам, а также ротору тягового генератора.
что это? Устройство коленчатого вала. Фото, видео
Наверное каждый автолюбитель задавался вопросом: что такое коленвал, что он из себя представляет? В данной статье мы дадим ответ на это вопрос.
Усилия, передаваемые поршнями через шатуны, воспринимает коленчатый вал. Затем они преобразуются в крутящий момент. Главные требования к коленчатому валу – это жёсткость и прочность.
Материалом изготовления коленчатого вала является сталь и высокопрочный чугун. Стальные валы куют, а чугунные выливают в изготовленные формы. Поверхности шатунных и коренных шеек обрабатывают термически, придают им прочность, а затем шлифуют.
На коленчатом валу имеется несколько шатунных и коренных шеек. Они соединены между собой щёчками, которые имеют продолжение в противоположную от шейки сторону и создают противовес. В конструкции двигателей некоторых грузовых автомобилей имеются противовесы, крепящиеся к коленчатому валу при помощи болтов. Диаметр коренных шеек всегда больше шатунных. Если посмотреть на коленчатый вал с его торца, и Вы увидите, как шатунные шейки перекрывают коренные, то это означает, что у него очень жёсткая конструкция. Двигатель, в котором поршень имеет короткий ход, сделать перекрытие шеек проще. Коленчатый вал называется полноопорным, если слева и справа от шатунной шейки расположены коренные шейки. При отсутствии с обеих сторон коренных шеек, такой вал называют неполноопорным. Его масса будет увеличенной, он может выдерживать сильные закручивающие и изгибающие нагрузки, а конструкция при этом более жёсткая.
Наибольшее распространение получили полноопорные коленчатые валы. Разборные коленчатые валы в современных двигателях внутреннего сгорания применяют редко. Сопряжение от щёчки к шейке делают по радиусу, потому что в этом месте большое количество напряжений. Образование трещин и дальнейшее разрушение в этом месте в такой конструкции сведены почти на ноль.
Тонкостенные, разъёмные вкладыши используются как подшипники скольжения в шатунных и коренных шейках. Их изготавливают из тонкой стали, на поверхность которой наносят антифрикционный сплав (баббит). С помощью особого выступа они устанавливаются в специальные канавки, что не даёт им проворачиваться в опорах коленчатого вала. Упорные подшипники скольжения удерживают коленчатый вал от осевого смещения.
Технологические отверстия (масляные каналы) просверлены внутри шеек и щёчек коленчатого вала. Моторное масло поступает всё время под давлением, потому что незначительная продолжительность работы коленчатого вала без масла приведёт к его поломке. Он не выдержит нагрузки и заклинит.
Маховик крепится к его задней части. Он выводит кривошипо – шатунный механизм из мёртвых точек, запасает и отдаёт энергию на разных тактах, а также снижает неравномерность работы двигателя в целом. Маховик изготавливают из чугуна, и он имеет форму диска. Масса у него большая. Зубчатый венец напрессован на наружную поверхность маховика. При помощи него электрический стартер при пуске передаёт движение на коленчатый вал. Если на двигателе внутреннего сгорания три и больше поршня, то рабочий ход одновременно начинается в двух или большем количестве цилиндров. Масса маховика на таких двигателях мала, а крутящий момент плавный.
Видео – изготовление коленвала
Крутильные колебания – это непрекращающееся раскручивание и закручивание коленчатого вала. Если произойдёт совпадение частот внешних сил и крутильных колебаний, то последствием этого станет резонанс, который приведёт к поломке коленчатого вала. На старых автомобилях в двигателях коленчатые валы ломались в месте сопряжения коренной шейки со щёчкой. Количество оборотов и высокая жёсткость современных коленчатых валов не подвержены пагубному влиянию резонансных частот. Однако на двигателях имеются гасители крутильных колебаний, снижающие виброактивность коленчатых валов. Шкив коленчатого вала делят на две части, заливают их резиной, центруют, и после этого за счёт внутреннего трения он будет поглощать вибрацию.
В настоящее время огромную популярность приобрели двухмассовые маховики, выполняющие роль гасителей крутильных колебаний.
Также на двигатели внутреннего сгорания устанавливают новейшие тороидные стартер – генераторы, позволяющие ему работать при максимальных нагрузках, при помощи электронного блока управления снижать вибрации и колебания, а также бесшумно производить запуск.
- < Назад
- Вперёд >
Принцип действия
Итак, автомобильный двигатель. Прежде чем рассматривать его устройство, давайте чуть-чуть разберёмся с тем, как работает автомобильный двигатель не вдаваясь в детали.
У каждого двигателя есть свой рабочий цикл.
Рабочий цикл двигателя — периодически повторяющиеся процессы в двигателе по преобразованию тепловой энергии в механическую.
У каждого двигателя есть цилиндры, в которых ходят поршни. Это главное место, где происходит самый главный процесс.
ВМТ — Верхняя Мёртвая Точка.
НМТ — Нижняя Мёртвая Точка.
Такт — это движение поршня от ВМТ к НМТ или от НМТ к ВМТ;
Двигатели могут быть двухтактные и четырёхтактные. Двухтактные двигатели на автомобиле не используются, однако предлагаю быстренько ознакомиться с принципом их работы. Для общего образования, так сказать.
